標度律視角下東北三省新型城鎮化空間格局演化

谷天石，李 鑫，張栩嘉，張 鵬

(哈爾濱師范大學地理科學學院，黑龍江哈爾濱 150025)

經過40余年的改革開放，我國經濟實力和國際地位都有了很大提升。但同時，原有改革開放的政策紅利和人口紅利逐漸消失，面臨著人口老齡化和農村剩余勞動力存量下降等經濟增長的制約因素。2011年我國城鎮人口首次超過鄉村人口，社會經濟結構發生巨大變化，全面進入城鎮化發展階段。傳統城鎮化模式主要體現為粗放擴張型，這種只重規模的發展模式導致的各種城市問題開始出現并大有加劇趨勢，因此更需要把全面提高城鎮化質量作為推進城鎮化的核心和關鍵。面對新的城鎮化發展問題，“十八大”報告明確提出未來應該走中國特色新型城鎮化道路。新型城鎮化是對過去城鎮化道路的反思和調整，也是中國城鎮化研究和實踐的新起點。

我國正處于注重發展質量和堅持以人為本的新型城鎮化階段，需要在深入理解城市人口規模與城市要素之間關系的基礎上科學的測度和認識城市的發展，以指導城市治理和公共決策。無論是單一城市內部還是多個城市構成的城市體系，它們都是作為復雜系統而存在，因此，傳統的以線性科學為基礎的人均指標衡量城市發展存在一定偏差，需要新的城市科學。對于這種非線性問題，早期的Zipf定律、異速生長律、分形維數等研究均是在此方面進行的探索，而近些年，學者們在前述研究的基礎上提出城市標度律概念，開啟了城市地理研究的新方向。

城市標度律是指城市體系內人口規模和城市指標的縮放關系，反映的是城市體系的狀態和特征，而不是單個城市的性質。城市標度律研究很大程度上受到生命系統標度律研究的啟發，Bettencourt等在城市標度律研究作出重要貢獻。他們發現城市要素和城市人口規模之間存在=的冪函數關系，并可劃分為次線性(<1)、線性 (=1)和超線性(>1)3種模式。目前已有廣泛的研究發現城市標度律在不同國家或地區中的適用性。

雖然對于中國的標度律研究已經開始，但在更小的區域尺度下，標度律對于新型城鎮化研究的適用性是否穩健，多時段的演化特征等尚待研究。該研究旨在對標度律這一城市研究中的新興概念進行探索，初步嘗試針對東北三省這一區域尺度探究新型城鎮化問題并對其進行綜合評價，希望能夠對未來的研究有所助益。

1 數據來源和研究方法

過往研究中發現，市轄區相比全市而言，其標度律特征更加明顯，因此，該研究同樣采用市轄區數據進行研究。研究數據主要源自《中國城市統計年鑒》《中國城市建設統計年鑒》，對于部分缺失的數據，該研究采用線性擬合的方式進行補充。第一，剔除市轄區數據缺失的城市；第二，將其余全市和市轄區數據完整的城市進行線性擬合，擬合優度均在0.950以上；第三，將市轄區數據缺失城市的全市數據代入擬合模型，從而得到該城市的市轄區數據。

該研究對各維度的評價采用單一指標，理由如下：第一，過往的研究以多指標的綜合評價為主，往往存在指標冗余、共線等問題；第二，該研究采用市轄區數據進行研究，而多數統計數據的統計口徑以全市為主，若通過全市和各縣(市)之和做差獲取市轄區數據，由于統計單位的不一致從而會導致數據產生誤差；第三，考慮到標度律是分析人口規模對城市要素的縮放關系，對同一類型指標進行標度律分析依舊會產生冗余。如果將指標進行縮減，即對指標預先進行綜合評價后再分析其和人口規模的標度律關系，這極大可能會使數據精度降低，從而造成誤差。因此，該研究考慮代表性、可獲取性，選取各維度的單一指標以表征不同的城鎮化發展程度(表1)。其中，綠地面積數據由于市轄區數據的缺失采用市域數據。

表1 新型城鎮化評價指標體系

城市標度律研究城市人口規模和城市要素之間的定量縮放關系，其模型為冪函數，公式如下：

=

式中，為城市中某一要素；為城市人口規模；和為冪函數擬合參數，其中，為標度因子。

由于在實際運算中，冪函數的擬合存在不便，因此對模型兩邊同時取對數從而簡化為線性關系，公式如下：

log=×log+log

城市標度律反映了城市人口規模和城市要素之間的非線性關系，傳統的人均指標其隱含條件是假設城市人口規模和城市要素之間的關系是線性的。因此，若一個城市系統存在標度律特征，那么人均指標作為衡量城市發展標準便會存在一定偏差。為消除這種影響，Bettencourt等提出了規模修正指標(SAMI)，公式如下：

SAMI=log-log()

式中，SAMI為消除規模影響的城市的某個指標，其本質是城市指標關于人口規模擬合方程的殘差，表示偏離其預期值的程度；為城市的某個指標的真實值；為城市的某個指標的預期值；為城市的人口規模；和為城市標度律模型的擬合參數。

在實際計算過程中，規模修正指標的計算結果存在負數的情況，而后文中進行熵權TOPSIS法運算時，要求計算數據不能為負，因此，該研究對規模修正指標進行調整，公式如下：

SAMI=(log)/[log()]

若SAMI>1，則說明該城市要素的實際值大于預期值，其效能較好；若SAMI<1，則說明該城市要素的實際值小于預期值，其效能較差。

該研究對各維度效能指數歸一化后采用熵權TOPSIS法進行綜合評價，試圖探索其和傳統研究指標之間是否存在差異，具體計算步驟見參考文獻[23]。

2 結果與分析

人口規模和各維度城鎮化之間存在顯著的標度律關系(表2)，人口、經濟、醫療、交通、生活城鎮化處于超線性模式，空間、教育城鎮化處于次線性模式，環境城鎮化由超線性模式轉變為線性模式。

人口城鎮化方面，標度因子值2003、2017年分別為1.129和1.091，反映出城市人口規模越大，會更大程度上加速城鎮人口集聚，體現人口集聚效應。經濟城鎮化方面，標度因子值2003、2017年分別為1.509和1.439，反映出城市人口規模越大，經濟的集聚效應越強，體現集聚經濟。空間城鎮化方面，標度因子值2003、2017年分別為0.912和0.943，反映出隨著人口規模的增加，各城市對土地的使用進行了控制，致力于提高土地的利用效率而非無序擴張。教育城鎮化方面，標度因子值2003、2017年分別為0.976和0.954，反映出城市人口規模越大，教育資源越緊張，這與我國其他地區教育資源短缺的現狀一致。醫療城鎮化方面，標度因子值2003、2017年分別為1.062和1.069，明顯優于我國整體水平，成為東北三省新型城鎮化發展中的一大優勢，但同時存在極化問題。交通城鎮化方面，標度因子值2003、2017年分別為1.343和1.190，反映出東北三省的交通系統存在資源浪費的現象，需要調整交通資源的利用方式。生活城鎮化方面，標度因子值2003、2017年分別為1.594和1.550，反映出人口規模越大的城市，其市場活力更加旺盛，城市居民的生活質量更高。環境城鎮化方面，標度因子值2003、2017年分別為1.043和0.988，反映出東北三省城市的環境建設日趨均衡。

東北三省新型城鎮化效能存在顯著的空間分異，依據效能值大小可分為超效能區(≥1.1)、高效能區(≥1且<1.1)、低效能區(<1)(圖1、2)。

人口城鎮化效能表現優異地區在各地分散分布，形成多核心結構。2003和2017年，從北至南存在以黑河市、哈爾濱市、大慶市、白山市、通化市、盤錦市等地為核心的超(高)效能區，從而形成北—中—南的多核心格局。

經濟城鎮化效能表現優異地區向中部和東南部集聚。2003年，在北部還存在大慶市為超效能區，但在2017年，北部出現大面積衰退，形成自大慶市至大連市的弧形帶狀高效能區，主要由吉林省中部和遼寧省東部組成。

空間城鎮化效能表現優異地區在東南部集聚，同時北部個別城市逐漸趨于優異。2003和2017年，空間城鎮化效能表現優異地區均在東南部集聚，在吉林省有向西延伸的趨勢，在遼寧省有向東收縮的趨勢。北部的大慶市、伊春市逐漸趨于優異，形成超效能飛地，東北部空間城鎮化效能表現優異地區初具集聚態勢。

表2 2003、2017年東北三省新型城鎮化標度律特征

教育城鎮化效能表現優異地區在西北部集聚，南部初具集聚態勢。西北部出現大面積的高效能區，并有進一步擴大加強的趨勢。南部由2003年的大面積低效能區轉變為大面積高效能區，未來兩區域極有可能連為一體，成為貫穿南北的超大型高效能區。

醫療城鎮化效能表現優異地區大面積分布，表現較差地區向東移動。醫療城鎮化效能表現優異地區廣泛分布在東北三省的區域范圍內，只存在零星幾處集聚的低效能區，并且2003—2017年，這些低效能區逐漸向東移動，在中部形成貫穿南北的帶狀分布格局。

圖1 2003年東北三省新型城鎮化效能空間格局Fig.1 The spatial pattern of new urbanization efficiency in the three northeastern provinces in 2003

交通城鎮化效能表現優異地區在東部集聚。2003年，在中部形成團塊狀的高效能區，全區域自北向南基本為低—高—低—高的相間格局。2017年，高效能區向東部集聚，形成貫穿南北的高效能區，低效能區在西北部和西南部分別以團塊狀和帶狀的形式出現。

生活城鎮化效能表現優異地區在東西部集聚。2003年，在南部和北部的高效能區和低效能區大致交錯分布，并無主導效能區。2017年，空間分異逐漸加強，在北部形成大面積低效能區并向南延伸成T型，在中南部的東西兩側形成高效能區。

環境城鎮化效能表現優異地區北部明顯強于南部。2003年，在北部形成超效能區的集聚并向南延伸在南部形成高效能區的集聚，從而出現啞鈴狀的分布格局。2017年，這種格局出現收縮，高效能區向東北和南部集聚，并在從齊齊哈爾市至通化市存在較弱的帶狀聯系。

將各效能指數作為評價指標進行熵權TOPSIS法計算，從而分析東北三省的新型城鎮化水平。依據效能值大小可分為超水平區(>0.6)、高水平區(>0.3且≤0.6)、低水平區(≤0.3)(圖3)。

圖2 2017年東北三省新型城鎮化效能空間格局Fig.2 The spatial pattern of new urbanization efficiency in the three northeastern provinces in 2017

圖3 2013、2017年東北三省新型城鎮化水平空間格局Fig.3 The spatial pattern of new urbanization in the three northeastern provinces in 2013 and 2017

東北三省新型城鎮化水平出現衰退。2003年，超效能區廣泛分布在東北三省內部，尤其是在黑龍江省南部至遼寧省北部形成大范圍的超效能區。2017年，超效能區從之前的14個減少至11個，雖然出現衰退，但仍保持在高效能區，依舊表現良好。2個年份均只有1個低效能區，可以說明基于效能的東北三省整體的新型城鎮化水平表現良好，其中，大慶市、長春市、大連市、通化市表現突出且穩定。

東北三省新型城鎮化水平較高可能另有其原因。東北三省在全國范圍內屬于典型的人口收縮區域，人口流失嚴重從而導致非核心城市人口規模萎縮。但反觀各項城市要素，由于國家的東北振興等宏觀政策以及市場、對外貿易等因素的影響，東北三省城市的各項要素實際上處于增長態勢，這與東北三省的人口收縮態勢相反，從而導致東北三省的效能往往更高。上述分析結果為東北三省的區域規劃提供了重要的啟示，即東北三省的城市潛力挖掘程度較好，未來在人口發展策略上，應將注意力集中在“數量”而非“質量”上。值得注意的是，到2017年，鐵嶺市成為唯一低效能區，在東北的區域政策層面，哈長城市群和遼中南城市群均未將其囊括在內，反而成為兩大城市群的過渡地帶，兩方資源要素的集聚分解了鐵嶺市的城市實力。

3 結論和討論

從城市標度律視角出發對東北三省城市新型城鎮化空間格局演化進行了研究，得到結論如下：

(1)人口規模和各維度城鎮化之間存在顯著的標度律關系且關系模式較為穩定。人口、經濟、醫療、交通、生活城鎮化處于超線性模式，空間、教育城鎮化處于次線性模式，環境城鎮化由超線性模式轉變為線性模式。

(2)各維度的新型城鎮化效能空間格局基本處于穩定的變化趨勢之中，集聚區域基本穩定變化。

(3)東北三省新型城鎮化水平出現衰退，超效能區逐漸減少，但總體仍呈現高效能特征。

該研究致力于對標度律這一城市研究中的新興概念進行探索，并在以下方面進行了初步嘗試：第一，徐智邦等對中國的標度律特征的研究發現，各要素的擬合優度均在0.79及以上，稍高于該研究的擬合優度，僅環境城鎮化擬合優度較低，這與該研究所用環境城鎮化非市轄區數據有直接關系，這說明樣本量大小對最終的擬合優度有一定影響，但該研究結果仍可信；第二，現有的國內外研究對于不同尺度下標度律特征的穩定性尚存疑問，該研究對東北三省34個城市進行研究，其擬合效果相較全國尺度稍差，但除環境城鎮化之外均高于0.75，說明樣本量對標度律特征的穩定性具有一定的影響，但該研究的樣本量仍能保持擬合優度具有可信性，這為以后相關研究提供一定的經驗；第三，過往的研究往往針對單一要素和人口規模之間的效能關系進行探討，該研究將各要素的效能指數作為評價指標替代原有要素值，從而進行綜合評價得到全新的結果，這也是一次大膽嘗試。